晶鏈解密》銅互連頻寬逼近極限！Marvell：未來每顆ASIC都將配備光學I／O

AI晶片運算速度快速提高，銅線卻逐漸成為資料傳輸、功耗與散熱瓶頸。邁威爾科技（Marvell Technology，Nasdaq：MRVL）資深副總裁暨光學工程技術長Radha Nagarajan指出，光學互連正快速靠近運算主晶片，未來每一顆特殊應用積體電路（Application-Specific Integrated Circuit，ASIC）與電子IC，都可能具備光學輸入輸出（Optical I／O）介面。

但矽光子並不是只靠矽晶片就能完成。從磷化銦雷射、氮化矽、鈮酸鋰調變器，到電子IC、光纖及先進封裝，都必須透過異質整合組成完整系統。隨共同封裝光學（Co-Packaged Optics，CPO）走向量產，台灣的矽製造、先進封裝及玻璃面板技術，也可能成為新一輪光互連供應鏈的關鍵。

國科會主委吳誠文表示，過去光纖主要用於長距離通訊，晶片、電路板及短距離傳輸仍高度依賴銅線。但隨AI資料量提高，銅互連開始面臨電阻、能量損失、頻寬及功耗限制。

因此，光通訊正從機房外部逐步進入資料中心，並延伸至機櫃、交換器、運算板卡、封裝內、晶片間，甚至晶片內部。未來不只資料中心，機器人、無人機、自駕車及其他終端設備，也可能使用光互連。

Nagarajan表示，矽光子應被視為更大型光學互連系統的一部分，其中還包括電子元件、先進封裝、異質整合及其他關鍵技術。

隨光學互連速度提高並逐步靠近ASIC，主晶片將愈來愈像本身就具備光學連接埠。他直言，「終有一天，每一顆電子ASIC、每一顆電子IC，都會具有光學輸入與輸出，而且這項發展正在快速發生。」

荷蘭國家應用科學研究院霍斯特研發中心暨光子積體技術中心執行長Ton van Mol指出，業界慣稱「矽光子」，但更完整的概念其實是「整合光子」。

矽是重要平台，卻不是製作所有光學元件的最佳材料。例如，矽不適合直接作為雷射光源，通常需要磷化銦（Indium Phosphide，InP）；若CPO進一步走向高速傳輸，調變器也可能採用鈮酸鋰（Lithium Niobate，LN）或磷化銦。

光偵測方面，業界則可將鍺整合至矽平台，使其具備光訊號偵測能力。不同材料必須結合於同一套系統，形成異質整合。

Van Mol表示，產業正把多種光學材料平台與互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）整合，再透過chiplet、先進封裝及光纖組裝成完整系統。

Van Mol認為，光互連將是整合光子的殺手級應用。過去電子技術先由微處理器與個人電腦需求推動，等到製造技術成熟後，才擴散到各種終端產品；整合光子也可能走上類似發展路徑。 （相關報導： 晶鏈解密》10人公司做美國防務資安合規可能耗資25萬美元！專家：標準別淪為勾選清單 ｜ 更多文章 ）

光互連首先由AI資料中心帶動，使晶圓製造、封裝與測試技術逐漸成熟，後續再延伸至感測、車用、工業及其他領域。

英國半導體中心執行長Andy McLean表示，傳統半導體偏向同質整合，因為成本較低、複雜度較小，也較容易建立可靠度；但AI及量子科技需要更複雜的系統，將迫使產業轉向異質整合。

矽光子正位於傳統半導體製造、光學技術與先進封裝的交會點，既沿用部分矽製程能力，也必須整合不同材料及光學元件。

Nagarajan指出，Marvell的矽光子晶片目前主要在美國製造，也開始於台灣生產；台灣則已是全球先進封裝的重要中心，公司每年都會赴台與供應商合作。

雷射及磷化銦等材料，則需要歐洲、美國及亞洲夥伴供應。公司也利用新加坡、越南、泰國、韓國及其他地區的產業生態系。

「任選一個國家，都只握有這幅拼圖的一部分。」Nagarajan表示，光學、電子、材料、晶圓製造及封裝最終都必須整合，沒有任何國家可以處理所有需求。

台灣半導體產業協會執行長吳志毅坦言，台灣在矽晶片及半導體製造上的能力很強，但過去光子產業相對沒有那麼突出。

不過，CPO的關鍵在於把光學元件整合至矽平台與封裝內，正好可以運用台灣既有的矽製造及先進封裝能力。

吳志毅指出，先進製程談的是2奈米、1奈米微縮，但光學元件與光纖即使只有微米級偏差，也可能造成訊號耦合失敗，因此光纖對位及封裝精度是極大的製造挑戰，而台灣具備相關封裝基礎。

Van Mol進一步指出，當光互連全面進入資料中心及交換器，產業可能需要面板級封裝與玻璃面板。台灣同時具備矽光子、先進封裝與顯示面板產業，熟悉大型玻璃面板處理，具有發展玻璃面板級光子封裝的潛力。 （相關報導： 晶鏈解密》10人公司做美國防務資安合規可能耗資25萬美元！專家：標準別淪為勾選清單 ｜ 更多文章 ）

銅線不會立即消失，但當頻寬、功耗與散熱壓力持續升高，光學I／O與CPO將逐步從高階AI系統向外擴散。台灣能否把封裝與面板能力轉化為矽光子量產優勢，將成為下一階段的重要課題。